Способ определения местоположения метеорного тела Российский патент 2017 года по МПК G01S17/00 

Изобретение относится к способам наблюдения и слежения за полетом объектов, может быть использовано для определения местоположения быстроперемещающегося объекта, например метеорного тела.

Известен способ определения местоположения движущегося космического тела, основанный на измерении дальности и скорости объекта с помощью радиолокаторов [1]. Измерение угловых координат объекта также осуществляют посредством радиолокатора.

Известен также способ измерения скорости движения и расстояния, пройденного объектом, основанный на измерении ускорения движения объекта с последующим интегрированием показаний акселерометра [2]. С помощью описанного способа можно измерять действительную скорость движения объекта и расстояния в системе координат, связанной с объектом. Недостаток способа заключается в том, что он не предназначен для измерений параметров движения объекта, находящегося на удалении.

Наиболее близким к заявляемому способу, принятому в качестве прототипа, является способ определения местоположения объекта на основе локации [3]. В результате измерения дальности до объекта (метеорного тела) определяют положение объекта в системе координат, связанной с локаторами. Измерение угловых координат объекта осуществляют, как указывалось выше, также посредством радиолокатора. Измерять дальность до объекта непрерывно нецелесообразно и технически не всегда осуществимо. В период между измерениями дальности положение объекта определяют, вычисляя отрезок траектории движения объекта между измерениями дальности путем интегрирования скорости движения объекта. Скорость объекта, как правило, определяют по доплеровскому сдвигу частоты сигнала, отраженного от объекта при локации. В результате трансформации временного масштаба сигнала, которая приводит к сжатию колебаний, отраженных от приближающегося объекта, изменяется их частота (проявление эффекта Доплера), по изменению частоты, в данном случае увеличению, определяют скорость объекта. Для удаляющегося объекта происходит растяжение временного масштаба колебаний и соответствующее изменение частоты отраженного сигнала. С помощью доплеровского метода определения скорости объекта можно вычислять релятивистскую скорость движения объекта [4], которая отличается от действительной.

С этим связан недостаток описанного способа, заключающийся в отсутствии возможности точного измерения значения скорости объекта ввиду использования доплеровского метода, что приводит к ошибкам определения местоположения метеорного тела.

Задачей изобретения является увеличение точности определения местоположения метеорного тела.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения местоположения метеорного тела, основанном на измерении расстояния до метеорного тела, в период между измерениями расстояния до метеорного тела местоположение метеорного тела определяют путем интегрирования скорости движения тела, измеренной по доплеровскому сдвигу частоты сигнала, отраженного телом, с учетом релятивистской поправки. Релятивистская поправка представляет собой разницу между действительной скоростью объекта и скоростью объекта, определенной по доплеровскому сдвигу частоты сигнала, излучаемого объектом. Последнюю рассчитывают, используя формулы, известные из источника [1]. При сближении метеорного тела с наблюдателем релятивистскую поправку к значению скорости движения тела определяют в соответствии с выражением

где ν_r - скорость, вычисленная по результатам измерения доплеровского сдвига частоты сигнала, отраженного телом, с - скорость света. При удалении метеорного тела от наблюдателя релятивистскую поправку к значению скорости движения тела определяют в соответствии с выражением

Техническим результатом изобретения является уменьшение ошибок при сближении с метеорным телом и повышение вероятности его перехвата.

Выражение для вычисления действительной скорости при приближении объекта как функции релятивистской скорости можно найти, используя формулу (14), приведенную в [4], и отношение, представленное в [1], на с. 51 (6 стр. сверху),

Для удаляющегося объекта

Выражения для поправок, вычисленные на основе (3), (4), могут быть представлены в виде (1), (2) соответственно при сближении объекта с наблюдателем и при удалении объекта от наблюдателя.

Ниже приводится пример реализации предлагаемого способа.

Для простоты изложения рассматривается случай, когда проекция полного вектора скорости объекта и луч зрения наблюдателя приблизительно совпадают. В процессе локации метеорного тела периодически измеряют с помощью локатора расстояние до объекта. Параллельно, используя доплеровский принцип измерения скорости, измеряют скорость движения объекта. В соответствии с выражениями (1) или (2) вычисляют релятивистскую поправку скорости, а затем и действительную скорость движения объекта. Интегрируют полученное значение скорости на интервале, соответствующем периоду измерения дальности до объекта, учитывая начальное значение расстояния до объекта на момент интегрирования, и таким образом определяют текущее значение дальности до объекта.

Для оценки эффективности предлагаемого способа целесообразно найти максимальную ошибку в определении расстояния до объекта, рассчитанного по результатам измерения доплеровского сдвига частоты сигнала, отраженного телом,

Δr=Δν_pT_r,

где T_r - период между измерениями расстояния до объекта.

При значении релятивистской скорости ν_r=50 км/с ошибка в определении расстояния до объекта увеличивается на 16,7 м ежесекундно. Соответственно при T_r=10 с названная ошибка будет равна 167 м.

На практике встреча с метеорным телом будет происходить под различными углами, чаще всего отличными от нулевого. Ошибка в определении положения метеорного тела на траектории перейдет в относительную угловую ошибку. Это может вызвать серьезные затруднения при сближении с метеорным телом при его перехвате. Введение поправки описанным выше способом позволяет уменьшить или совсем исключить ошибку в определении положения метеорного тела.

Приведенный пример показывает возможность точного определения места положения метеорного тела при слежении за ним с помощью предлагаемого способа и обеспечения перехвата названного объекта.

Источники информации

1. Теоретические основы радиотехники / Я.Д. Ширман и др.; Под ред. Я.Д. Ширмана. - М.: Сов. радио, 1970. С. 6-52.

2. Боднер В.А. Приборы первичной информации. - М.: Машиностроение. 1981. С. 332-341.

3. Радиосистемы межпланетных космических аппаратов / Р.В. Бакитько и др.; Под ред. А.С. Виницкого. - М.: Радио и связь, 1993. С. 119-133, (прототип).

4. Атнашев А.Б. Принцип относительности. Спектры… - СПб.: Изд-во «Менделеев», 2014. 30 с.

Изобретение относится к метрологии, в частности к способу наблюдения и слежения за метеорами. Способ предполагает определение местоположения метеорного тела, основанное на измерении расстояния до метеорного тела. В период между измерениями расстояния до метеорного тела местоположение метеорного тела определяют путем интегрирования скорости движения тела, измеренной по доплеровскому сдвигу частоты сигнала, отраженного телом, с учетом релятивистской поправки. При сближении метеорного тела с наблюдателем релятивистскую поправку к значению скорости движения тела определяют в соответствии с выражением где ν_r - скорость, вычисленная по результатам измерения доплеровского сдвига частоты сигнала, отраженного телом, с - скорость света, при удалении метеорного тела от наблюдателя релятивистскую поправку к значению скорости движения тела определяют в соответствии с выражением Технический результат - уменьшение ошибок при сближении с метеорным телом и повышение вероятности его перехвата. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ определения местоположения метеорного тела, основанный на измерении расстояния до метеорного тела, отличающийся тем, что в период между измерениями расстояния до метеорного тела местоположение метеорного тела определяют путем интегрирования скорости движения тела, измеренной по доплеровскому сдвигу частоты сигнала, отраженного телом, с учетом релятивистской поправки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при сближении метеорного тела с наблюдателем релятивистскую поправку к значению скорости движения тела определяют в соответствии с выражением

где ν_r - скорость, вычисленная по результатам измерения доплеровского сдвига частоты сигнала, отраженного телом, с - скорость света, при удалении метеорного тела от наблюдателя релятивистскую поправку к значению скорости движения тела определяют в соответствии с выражением